Experten Interview: Arevo Mitbegründer Wiener Mondesir Über die Produktion des weltweit ersten 3D-gedruckten Carbonfaser-Fahrradrahmens

Das im Silicon Valley ansässige Unternehmen Arevo machte in 2018 Schlagzeilen, nachdem es den ersten dreidimensional gedruckten Carbonfaser-Fahrradrahmen der Welt vorgestellt hatte. Dieser Anwendungsfall zeigte die einzigartigen Fähigkeiten der firmeneigenen Composite-3D-Drucktechnologie von Arevo, die Robotik und Software kombiniert, um leichte, kundenspezifische Composite-Teile herzustellen.
 
Seitdem ist Arevo eine Partnerschaft mit dem Fahrradhersteller Franco Bicycles eingegangen, um 3D-gedruckte Carbonfaser-Unibody-Rahmen für eine neue Marke von eBikes zu liefern.
 
Diese Woche freuen wir uns, mit Wiener Mondesir, Arevos Mitbegründer und Chief Technology Officer, über Arevos firmeneigene Technologie, die Vorteile des Composite-3D-Drucks und die Zukunft der Composite-Fertigung zu sprechen.
 

Erzählen Sie uns ein bisschen über Arevo?

 
Bei Arevo ist es unser Ziel die Herstellung von Verbundteilen in großem Maßstab zu ermöglichen. Wir tun dies mit einem Zusammentreffen von Robotik, Materialien und Software.
 
Wenn Sie sich die Verbundstoffindustrie ansehen, bietet die Herstellung von Verbundbauteilen eine sehr große Chance. Kohlenstofffasern können stärker als manche Metalle sein und sind dabei sehr leichtgewichtig. Sie sind daher für viele Branchen von großem Interesse.
 
Aus einer Reihe von Gründen wurde die Einführung der Verbundwerkstofffertigung jedoch unterdrückt, sodass die Gelegenheit also solche wenig genutzt wird. Ein Grund dafür sind ineffiziente Fertigungsprozesse.
 
Die Herstellung von Verbundwerkstoffen ist derzeit sehr arbeits-, ressourcen- und kapitalintensiv, was bedeutet, dass sie sich nicht wirklich auf große Mengen skalieren lässt. Die Branchen, die von der Herstellung von Verbundwerkstoffen profitieren konnten, sind bisher nur solche, die sich das leisten konnten, wie die Luft- und Raumfahrtindustrie und die Automobilindustrie der Spitzenklasse.
 
Darüber hinaus gibt es aufgrund unzureichender Software und ineffizienter Simulation lange Entwicklungszyklen. Ein weiterer häufig übersehener Grund ist das mangelnde Verständnis von Verbundwerkstoffen der anderen Branchen
 
Arevo befasst sich mit all diesen Problemen. Wir überdenken die Fertigung mit Verbundwerkstoffen unter Verwendung von was wir die Digitalisierung von Verbundwerkstoffen nennen.
 
Wir haben uns entschieden, dieses Problem durch die Entwicklung von Software zu lösen, dass die Wissenslücke schließt.
 
Sie beginnen mit einem 3D-Modell und unsere Software führt die Analyse durch, ermittelt die optimale Endausrichtung, die richtige Materialmenge und erstellt Anweisungen zur Herstellung des Teils mithilfe unserer Fertigungstechnologie.
 
Nehmen wir als Beispiel ein Spinnennetz. Wenn Sie sich ein Spinnennetz ansehen, handelt es sich um eine 3D-Struktur, die die richtige Menge an Material für ihren Zweck enthält.
 
Die Faser, oder im Fall des Spinnennetzes die Seide wird nur der richtigen Menge an Material verwendet und ist dort perfekt platziert, wo diese hingehört. Davon lassen wir uns inspirieren, wenn wir eine optimierte Art des 3D-Drucks von Verbundteilen entwickeln.
 
Das ist also unsere Mission: die Herstellung von Verbundwerkstoffen in großem Maßstab zu ermöglichen.
 

Was sind die Vorteile des Composite 3D-Drucks?

Kohlefaserverbundwerkstoffe bieten ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, sodass Sie ein wirklich starkes und dennoch leichtes Material erhalten.
 
Wenn man sich den Trend im 3D-Druck ansieht, verwenden viele verschiedene Techniken Gitterstrukturen für Leichtmetalle, das macht von Natur aus dicht und schwer.
 
Wenn Sie jedoch von Anfang an mit einem leichten, starken Material wie Kohlefaser beginnen, gelangen Sie viel schneller zum Endergebnis. Daher eignen sich Verbundwerkstoffe für bestimmte Anwendungen viel besser als Produkte mit Metallgitterstruktur, die zwar gut aussehen, aber nicht unbedingt zweckmäßig sind.
 
Die Komplikation bei Kohlefasern ist, dass sie anisotrop sind, was bedeutet, dass sie in eine Richtung stark sind. Das macht es etwas schwieriger, ohne spezielle Tools damit umzugehen.
 
Bei Arevo haben wir das Toolset für Designer entwickelt, sodass Sie keinen Doktortitel benötigen, um mit Kohlefaserverbundwerkstoffen zu fertigen. Dafür sorgt unsere Software.
 

Ihr 3D-gedruckter Fahrradrahmen aus Kohlefaser wurde bei der Enthüllung weithin bekannt gemacht. Wie war der Prozess der Erstellung des Fahrradrahmens, vom Design bis zur Produktion?

 
Diese spezielle Anwendung begann damit, zu zeigen, was mit der Technologie alles möglich ist.
 
Ein Fahrradrahmen ist sehr gut zugänglich, hat aber eine sehr komplexe Form und ist eine große Struktur die Belastung, Torsion und die Fähigkeit erfordert, Gewicht zu tragen. Es war also die perfekte Anwendung, um unsere Technologie zu demonstrieren.
 
Wenn Sie heute einen Schritt zurücktreten und sich traditionelle Composite-Bikes ansehen, durchlaufen sie eine Designphase, die Prototypen-Iteration und dann den gesamten Weg bis zur Produktion. Dieser Prozess dauert fast ein ganzes Jahr.
 
Darüber hinaus werden traditionelle Composite-Bikes in einem sehr manuellen Verfahren hergestellt. Rahmen werden aus 20 bis 30 Teilen zusammengeklebt und bis zu 40 Personen berühren jeden Rahmen. Ein sehr arbeitsintensiver Prozess und Sie erhalten ein sehr kostenintensives Produkt, das sich nicht unbedingt skalieren lässt.
 
Die Designs sind sich alle sehr ähnlich, so dass Sie nicht viele Anpassungen erhalten können.
 
Mit unserer Technologie haben wir diesen Prozess von fast einem Jahr auf wenige Tage verkürzt. Die Software von Arevo erstellt ein CAD-Design und ein isotropes generatives Design für den Rahmen, den sich der Designer ausgedacht hat. Es optimiert auch die Orientierung und führt eine prädiktive Analyse durch.
 
Der nächste Schritt erfolgt in unserer Fertigung. In Kalifornien haben wir eine Produktionsstätte errichtet, in der auf Wunsch mit Hilfe unserer Robotik und Ablagerungstechnologie maßgeschneiderte Fahrradrahmen hergestellt werden können.
 
Als wir das Fahrrad auf den Markt brachten, wurden wir von allen großen Fahrradherstellern angesprochen, weil sie an der Gestaltungsfreiheit interessiert waren, die die Technologie bot.
 
Wenn Sie sich das Design des Arevo-Fahrradrahmens ansehen, müssen Sie tatsächlich vom herkömmlichen Fahrraddesign abkommen. Er hat zum Beispiel keine Sitzstrebe und sieht ganz anders aus als ein traditionelles Fahrrad.
 
Arevos Fahrrad ist ein Unibody-Fahrrad mit sehr starken Carbonfasern, die in der optimalen Ausrichtung im 3D-Raum orientiert sind. Wir sind in der Lage, das Design in einer Unibody-Struktur zu realisieren, die es sehr solide und leicht macht.
 
Wir können das tatsächliche Verhalten des Fahrrads mit Software-Tools einstellen. Wir können in bestimmten Regionen des Fahrrads die Steifigkeit einstellen und auf Wunsch eine noch federndere Fahrt ermöglichen. Bei herkömmlichen Fahrrädern wird im Grunde immer wieder versucht, den gleichen Rahmen zu erstellen.
 
Ein 3D-gedruckter Rahmen hingegen eröffnet ein ganz neues Geschäftsmodell für eine Branche, die es gewohnt ist, ein neues Fahrrad nur über einen sehr langwierigen Zeitraum auf den Markt zu bringen. Heute werden ungefähr eine Million Verbundrahmen pro Jahr hergestellt. Und jetzt können Sie mit unserer Technologie nach Bedarf ganz individuelle Rahmen einführen.
 
Unser Ziel ist es, weiterhin neue Anwendungen zu erstellen, die diese Funktion nutzen.
 

Ist der maßgeschneiderte Produktionsansatz ein skalierbares Geschäftsmodell?

 
Wenn es um Fahrräder geht, ist Individualisierung von großem Wert. Jeder Mensch ist einzigartig. Sie werden schneller müde, wenn Sie mit einem Fahrrad fahren, deren Rahmen nicht für Ihre Eigenschaften entwickelt, eingerichtet oder angepasst wurde. Ein Fahrrad ist also ein gutes Beispiel um den Wert der Individualisierung zu demonstrieren.
 
Im Bezug auf Mikromobilität gibt es einen ganzen Trend und somit die Möglichkeit, mit einem praktischen Fahrzeug herumzulaufen. Das Fahrrad repräsentiert das. In vielen verschiedenen Ländern ist es immer noch das dominierenste Transportmittel.
 
Wenn Sie dann jedoch Anpassungen für Form und Funktion benötigen, können Sie dies nicht massenmarktgerecht tun. Aber mit unserer Technologie kann der Verbraucher den Rahmen entwerfen und unsere Software kann garantieren, dass der Rahmen, den sie entworfen haben, strukturell solide ist.
 
Dann können sie das an unsere 3D-Druckzellen senden, um das Fahrrad nach Bedarf herzustellen. So wird der Prozess vom Konzept bis zur Produktion sehr vereinfacht.
 

Welche anderen Anwendungen stellen Sie für Ihre Technologie vor?

Heute konzentrieren wir uns auf die Fahrrad- und Mobilitätsanwendungen. Hierbei handelt es sich um Anwendungen, die das von uns angebotene Wertversprechen ausnutzen können, das sich durch ein sehr geringes Gewicht, ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und kundenspezifische Produkte auszeichnet.
 
Wenn Sie branchenübergreifend arbeiten, ist es wirklich wichtig, die Leistung im Sportsektor sowie in der Automobil-, Energie- und Luftfahrtindustrie zu verbessern.
 
Wir arbeiten an einer Reihe verschiedener Anwendungen, bei denen geringes Gewicht, hohe Leistung und hohe Anpassungsfähigkeit erforderlich sind. Und das sind die Schlüsselbereiche, in denen unsere Technologie eingesetzt werden kann.
 

Wie passt Robotik in Ihre Technologie?

Wenn Sie sich den 3D-Druck anschauen, basiert der Großteil des 3D-Drucks auf Ebenen, und diese Ebenen werden in der X- und Y-Ebene abgelegt. Wenn Sie sich die Eigenschaften von Teilen ansehen, die mit diesem Verfahren hergestellt wurden, neigen diese dazu, in der Z-Richtung zu leiden.
 
Wir verwenden einen voll beweglichen sechsachsigen Roboter, um unsere Kohlefaser in X-, Y- und Z-Richtung abzulegen. Wir haben das Problem der Z-Stärke behoben, das andere schichtbasierte Technologien plagt, da wir uns in Z-Richtung festlegen können. Das ist eine der einzigartigen Fähigkeiten unserer Abscheidungstechnologie. Die Robotik spielt dabei eine große Rolle.
 
Der zweite Aspekt ist der Maßstab der Teile, die gedruckt werden können. Heutzutage sind die meisten Systeme auf eine bestimmte Build-Hüllkurve beschränkt, sodass Sie nur Teile einer bestimmten Größe herstellen können. Wenn Sie eine bestimmte Größe überschreiten, muss das Teil in Unterbaugruppen geschnitten werden, um eine größere Struktur zu erhalten.
 
Unsere Roboter bieten unbegrenzte Möglichkeiten für den Bau von Umschlägen, da wir unsere Roboter auf dem Portal platzieren können, um Teile für die Luft- und Raumfahrt herzustellen. Gleichzeitig kann derselbe Roboter auch ein Fahrrad bauen. Die Reichweite unserer Roboter beträgt vier Meter. Im Grunde genommen ist alles sehr skalierbar, um diesen großen Druckumschlag zu erhalten.
 

Wie würden Sie den aktuellen Stand des Composite 3D-Druckmarktes beschreiben? Wie fortschrittlich ist die Technologie?

 
Die Composite-Industrie macht seit geraumer Zeit Additive. Es ist nur so, dass die Komplexität der Geometrien auf das beschränkt war, was man in eine Form einpassen konnte, wie Teile mit einer sehr kleinen Krümmung. Darüber hinaus werden die Schichten normalerweise manuell abgelegt, was zu einem Teil führt, dessen Komplexität ziemlich begrenzt ist.
 
Den Composite-3D-Druck gibt es schon seit einiger Zeit. Aber jetzt ermöglichen Dinge wie automatisierte Robotik- oder Mechatroniksysteme das automatisierte Platzieren der Faser und bietet daher mehr Möglichkeiten für komplexere Geometrien.
 
Es gibt viele Unternehmen, die unterschiedliche Ansätze zur Automatisierung der Herstellung von Verbundwerkstoffen verfolgen, von unterschiedlichen Arten von Harzsystemen bis hin zu unterschiedlichen Anwendungsfällen.
 
Und das ist sehr hilfreich.
 
Insgesamt bin ich der Meinung, dass sich der Composite-3D-Drucksektor in einem gesunden Zustand befindet, mit Arevo an der Spitze.
 

Vor welchen Herausforderungen steht die Branche, beim 3D-Druck im Allgemeinen und beim 3D-Verbunddruck im Besonderen?

Ich denke, die größten Herausforderungen ergeben sich aus dem Mangel an verfügbaren Softwaretools, um herauszufinden, was mit Additiv alles möglich ist. Wir alle haben ein Gespür für traditionelle Fertigungstechniken entwickelt und haben uns mit traditionellen Fertigungstechniken vertraut gemacht.
 
Menschen beginnen oft mit Teilen, die auf herkömmliche Weise hergestellt wurden, und möchten dann die Additive Fertigung dieses Teil erzwingen, aber das stimmt nicht immer überein.
 
Wenn Sie jedoch wirklich ausnutzen was Sie mit Additiven alles anstellen können, sei es auf Metall-, Verbund- oder Polymerbasis, und dies in Bezug auf die Einzigartigkeit und Komplexität übertragen dann benötigen sie Tools, die Sie durch diesen Prozess führen und Designer und Ingenieure weiter informieren.
 

Wie sehen Sie die Entwicklung der Branche in den nächsten fünf Jahren?

Sehr ermutigend. Seit Beginn von Arevo haben wir uns immer auf Produktionsteile konzentriert.
 
Wenn Sie sich die Branche heute ansehen, ist es sehr ermutigend zu sehen, dass alle über Produktionsteile sprechen. Das ist ein gemeinsames Thema.
 
Ich gehe davon aus, dass die Branche in Zukunft auch über Qualität und Skalierbarkeit sprechen wird. Wenn Sie mit der Herstellung von Produkten beginnen, wird die Produktion in größerem Maßstab und mit größerer Wiederholbarkeit der Schwerpunkt der Branche sein.
 

Die Sicherstellung der Qualität von Teilen und Prozessen ist derzeit ein wichtiges Thema für die additive Fertigung. Wie geht Arevo damit um?

Einer der wichtigsten Durchbrüche, die Arevo erzielen konnte, ist unser lasergestützter Abscheidungsprozess.
 
Darüber hinaus setzen wir maschinelle Lernalgorithmen ein, die In-situ-Inspektionen durchführen können. Wir haben eine Sensorsuite und können ein Teil, das gerade hergestellt wird, vor Ort inspizieren.
 
Dies ermöglicht es uns sehr homogenes Druckmaterial mit weniger als 1% Hohlräumen zu erhalten. Sie könnten einen Querschnitt eines Teils machen und wenn Sie es unter einem Mikroskop betrachten, können Sie sehr homogenes gedrucktes Material begutachten.
 
Dies führt zu sehr hochwertigen Bauteilen die Sie für anspruchsvolle Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt nutzen können. Diese In-situ-Qualitätskontrolle in Kombination mit unserer geregelten Überwachung ermöglicht uns eine wiederholbare und vorhersehbare Qualität.
 

W ie sehen die nächsten 12 Monate für Arevo aus?

In den nächsten 12 Monaten werden wir uns auf die Ausführung der Fertigung konzentrieren. Seit wir das Fahrrad auf den Markt gebracht haben, haben wir tatsächlich mehr Nachfrage, als wir befriedigen können. Unser Ziel für das nächste Jahr ist es, weiterhin neue Anwendungen auf den Markt zu bringen, vor allem aber unsere Kapazität zu skalieren um den aktuellen Bedarf zu decken.
 
Um mehr über Arevo zu erfahren, besuchen Sie: https://arevo.com/